Keputusan Skalabilitas Blockchain: Jalan Inovasi Polkadot

Di era teknologi blockchain yang terus mengejar efisiensi yang lebih tinggi, sebuah masalah kunci perlahan-lahan muncul: bagaimana cara meningkatkan kinerja tanpa mengorbankan keamanan dan elastisitas sistem? Ini bukan hanya tantangan di tingkat teknis, tetapi juga pilihan mendalam dalam desain arsitektur. Untuk ekosistem Web3, sebuah sistem yang lebih cepat jika dibangun di atas pengorbanan kepercayaan dan keamanan, seringkali sulit untuk mendukung inovasi yang benar-benar berkelanjutan.

Sebagai pendorong penting untuk skalabilitas Web3, apakah Polkadot telah membuat beberapa kompromi dalam mengejar tujuan throughput tinggi dan latensi rendah? Apakah model rollup-nya telah mengorbankan desentralisasi, keamanan, atau interoperabilitas jaringan? Artikel ini akan menganalisis secara mendalam pengorbanan dan trade-off yang dilakukan Polkadot dalam desain skalabilitas, serta membandingkannya dengan solusi dari blockchain publik utama lainnya, mengeksplorasi pilihan jalur yang berbeda antara kinerja, keamanan, dan desentralisasi.

Tantangan dalam Desain Ekstensi Polkadot

Keseimbangan antara fleksibilitas dan desentralisasi

Arsitektur Polkadot bergantung pada jaringan validator dan Relay Chain (, apakah ini mungkin memperkenalkan risiko sentralisasi dalam beberapa aspek? Apakah mungkin terjadi titik kegagalan tunggal atau kontrol, yang dapat mempengaruhi karakteristik desentralisasinya?

Operasi Rollup bergantung pada penyusun ) sequencer ( yang menghubungkan rantai penghubung, yang komunikasinya menggunakan mekanisme yang disebut protokol collator. Protokol ini sepenuhnya tanpa izin dan tanpa kepercayaan, siapa saja yang memiliki koneksi jaringan dapat menggunakannya, menghubungkan sejumlah kecil node rantai penghubung, dan mengajukan permintaan transisi status rollup. Permintaan ini akan diverifikasi oleh suatu core dari rantai penghubung, hanya dengan memenuhi satu syarat: harus merupakan transisi status yang valid, jika tidak, status rollup tersebut tidak akan dimajukan.

) kompromi ekspansi vertikal

Rollup dapat mencapai skala vertikal dengan memanfaatkan arsitektur multi-core Polkadot. Kemampuan baru ini diperkenalkan oleh fitur "Elastic Scaling"###Elastic Scaling(. Selama proses desain, ditemukan bahwa karena validasi blok rollup tidak tetap dijalankan pada satu core tertentu, ini dapat mempengaruhi elastisitasnya.

Karena protokol untuk mengajukan blok ke rantai perantara tidak memerlukan izin dan tidak memerlukan kepercayaan, siapa pun dapat mengajukan blok untuk diverifikasi di salah satu inti yang dialokasikan untuk rollup. Penyerang mungkin memanfaatkan ini untuk mengajukan kembali blok yang sah yang sebelumnya telah diverifikasi ke inti yang berbeda, secara jahat menghabiskan sumber daya, sehingga mengurangi throughput dan efisiensi keseluruhan rollup.

Tujuan Polkadot adalah untuk mempertahankan elastisitas rollup dan pemanfaatan sumber daya rantai relai tanpa mempengaruhi karakteristik kunci sistem.

) Masalah kepercayaan Sequencer

Salah satu solusi sederhana adalah mengatur protokol menjadi "berlisensi": misalnya dengan menggunakan mekanisme daftar putih, atau secara default mempercayai penyortir tidak akan berperilaku jahat, sehingga menjaga keberlangsungan rollup.

Namun, dalam filosofi desain Polkadot, kita tidak dapat membuat asumsi kepercayaan terhadap sequencer, karena harus mempertahankan sifat "tanpa kepercayaan" dan "tanpa izin" dari sistem. Siapa pun harus dapat menggunakan protokol collator untuk mengajukan permintaan perubahan status rollup.

Polkadot: Solusi yang Tidak Berkompromi

Solusi akhir yang dipilih Polkadot adalah: menyerahkan masalah sepenuhnya kepada fungsi transisi status rollup ###Runtime(. Runtime adalah satu-satunya sumber terpercaya untuk semua informasi konsensus, sehingga harus secara jelas menyatakan di mana verifikasi harus dilakukan pada inti Polkadot.

Desain ini memberikan jaminan ganda antara elastisitas dan keamanan. Polkadot akan mengeksekusi ulang transformasi status rollup dalam proses ketersediaan dan memastikan kebenaran alokasi core melalui protokol ekonomi kripto ELVES.

Sebelum menulis data ketersediaan untuk Polkadot dalam rollup Blok )DA(, sekelompok sekitar 5 validator akan memverifikasi keabsahannya terlebih dahulu. Mereka menerima tanda terima kandidat )candidate receipt( dan bukti keabsahan )PoV(, yang berisi Blok rollup dan bukti penyimpanan yang sesuai. Informasi ini akan diproses oleh fungsi verifikasi rantai paralel, yang akan dilaksanakan ulang oleh validator di rantai penghubung.

Hasil verifikasi mencakup satu pemilih inti, yang digunakan untuk menentukan pada inti mana blok harus diverifikasi. Validator akan membandingkan indeks tersebut apakah sesuai dengan inti yang mereka tangani; jika tidak sesuai, blok tersebut akan dibuang.

Mekanisme ini memastikan sistem selalu mempertahankan sifat tanpa kepercayaan dan tanpa izin, menghindari manipulasi posisi verifikasi oleh pelaku jahat seperti penyortir, dan memastikan bahwa bahkan jika rollup menggunakan beberapa core, dapat tetap elastis.

) Keamanan

Dalam upaya mencapai skalabilitas, Polkadot tidak mengorbankan keamanan. Keamanan rollup dijamin oleh rantai relay, hanya memerlukan satu pengurut jujur untuk mempertahankan keberlangsungan.

Dengan bantuan protokol ELVES, Polkadot akan sepenuhnya memperluas keamanannya ke semua rollup, memverifikasi semua perhitungan pada core, tanpa perlu membatasi atau membuat asumsi tentang jumlah core yang digunakan.

Oleh karena itu, rollup Polkadot dapat mencapai skalabilitas yang nyata tanpa mengorbankan keamanan.

Universalitas

Ekspansi elastis tidak akan membatasi kemampuan pemrograman rollup. Model rollup Polkadot mendukung eksekusi komputasi Turing lengkap dalam lingkungan WebAssembly, selama eksekusi tunggal selesai dalam waktu 2 detik. Dengan bantuan ekspansi elastis, jumlah total komputasi yang dapat dieksekusi dalam periode 6 detik meningkat, tetapi jenis komputasi tidak terpengaruh.

Kompleksitas

Throughput yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah secara tidak terelakkan membawa kompleksitas, yang merupakan satu-satunya cara kompromi yang dapat diterima dalam desain sistem.

Rollup dapat menyesuaikan sumber daya secara dinamis melalui antarmuka Agile Coretime untuk mempertahankan tingkat keamanan yang konsisten. Mereka juga perlu memenuhi sebagian persyaratan RFC103 untuk menyesuaikan dengan berbagai skenario penggunaan.

Kompleksitas spesifik tergantung pada strategi manajemen sumber daya rollup, yang mungkin bergantung pada variabel di dalam atau di luar rantai. Misalnya:

• Strategi sederhana: selalu gunakan jumlah core yang tetap, atau sesuaikan secara manual di luar rantai;
• Strategi ringan: Memantau beban transaksi tertentu di mempool node;
• Strategi otomatis: Mengonfigurasi sumber daya dengan memanggil layanan coretime lebih awal melalui data historis dan antarmuka XCM.

Meskipun cara otomatisasi lebih efisien, biaya implementasi dan pengujian juga meningkat secara signifikan.

Interoperabilitas

Polkadot mendukung interoperabilitas antara rollup yang berbeda, dan skalabilitas yang fleksibel tidak akan mempengaruhi throughput pengiriman pesan.

Komunikasi pesan lintas rollup diimplementasikan oleh lapisan transportasi dasar, ruang blok komunikasi setiap rollup adalah tetap dan tidak tergantung pada jumlah inti yang dialokasikan.

Di masa depan, Polkadot juga akan mendukung pesan off-chain ###, dengan rantai relay sebagai lapisan kontrol, bukan lapisan data. Peningkatan ini akan meningkatkan kemampuan komunikasi antar rollup seiring dengan peningkatan elastisitas, lebih lanjut memperkuat kemampuan skala vertikal sistem.

Pertimbangan Protokol Lain

Seperti yang kita ketahui, peningkatan kinerja sering kali mengorbankan desentralisasi dan keamanan. Namun, dari sudut pandang koefisien Nakamoto, meskipun beberapa pesaing Polkadot memiliki tingkat desentralisasi yang lebih rendah, kinerja mereka tetap tidak memuaskan.

( Solana

Solana tidak menggunakan arsitektur shard Polkadot atau Ethereum, melainkan menerapkan arsitektur lapisan tunggal berkecepatan tinggi untuk mencapai skalabilitas, bergantung pada bukti sejarah )PoH###, pemrosesan paralel CPU, dan mekanisme konsensus berbasis pemimpin, dengan TPS teoritis mencapai 65.000.

Salah satu desain kunci adalah mekanisme penjadwalan pemimpin yang dipublikasikan sebelumnya dan dapat diverifikasi:

• Setiap epoch( berlangsung sekitar dua hari atau 432.000 slot), slot dialokasikan berdasarkan jumlah staking;
• Semakin banyak yang dipertaruhkan, semakin banyak yang didistribusikan. Misalnya, validator yang mempertaruhkan 1% akan mendapatkan sekitar 1% peluang untuk memproduksi blok;
• Semua penghasil blok diumumkan sebelumnya, meningkatkan risiko jaringan terkena serangan DDoS terarah dan sering mengalami downtime.

Persyaratan perangkat keras untuk PoH dan pemrosesan paralel sangat tinggi, menyebabkan sentralisasi node validasi. Semakin banyak node yang dipertaruhkan, semakin besar peluangnya untuk menghasilkan blok, sementara node kecil hampir tidak memiliki slot, yang semakin memperburuk sentralisasi dan juga meningkatkan risiko sistem menjadi tidak dapat berfungsi setelah diserang.

Solana mengorbankan desentralisasi dan kemampuan tahan serangan demi mengejar TPS, dengan koefisien Nakamoto hanya 20, jauh lebih rendah dibandingkan Polkadot yang mencapai 172.

( TON

TON mengklaim TPS dapat mencapai 104.715, tetapi angka ini dicapai di jaringan pengujian privat, dengan 256 node, dalam kondisi jaringan dan perangkat keras yang ideal. Sementara itu, Polkadot telah mencapai 128K TPS di jaringan publik terdesentralisasi.

Mekanisme konsensus TON memiliki potensi risiko keamanan: identitas node verifikasi shard dapat terungkap sebelumnya. Buku putih TON juga secara jelas menyatakan bahwa meskipun ini dapat mengoptimalkan bandwidth, namun bisa juga disalahgunakan. Karena kurangnya mekanisme "kebangkrutan penjudi", penyerang dapat menunggu shard tertentu sepenuhnya dikendalikan olehnya, atau melalui serangan DDoS menghalangi validator yang jujur, sehingga merusak status.

Sebagai perbandingan, validator Polkadot ditugaskan secara acak dan diungkapkan dengan penundaan, sehingga penyerang tidak dapat mengetahui identitas validator sebelumnya. Serangan harus mempertaruhkan semua kontrol untuk berhasil, dan selama ada satu validator jujur yang memicu sengketa, serangan akan gagal dan menyebabkan kerugian bagi penyerang.

) Avalanche

Avalanche menggunakan arsitektur mainnet + subnet untuk skalabilitas, mainnet terdiri dari transfer X-Chain###, ~4.500 TPS###, kontrak pintar C-Chain(, ~100--200 TPS), dan P-Chain( yang mengelola validator dan subnet).

Setiap subnet memiliki TPS teoritis sekitar ~5.000, mirip dengan pemikiran Polkadot: mengurangi beban satu shard untuk mencapai skala. Namun, Avalanche memungkinkan validator untuk memilih secara bebas untuk berpartisipasi dalam subnet, dan subnet dapat menetapkan persyaratan tambahan seperti geografi, KYC, yang mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

Di Polkadot, semua rollup berbagi jaminan keamanan yang terintegrasi; sementara subnet Avalanche tidak memiliki jaminan keamanan default, beberapa bahkan dapat sepenuhnya terpusat. Jika ingin meningkatkan keamanan, masih perlu mengorbankan kinerja, dan sulit untuk memberikan janji keamanan yang pasti.

( Ethereum

Strategi skalabilitas Ethereum adalah bertaruh pada skalabilitas lapisan rollup, alih-alih menyelesaikan masalah langsung di lapisan dasar. Cara ini pada dasarnya tidak menyelesaikan masalah, tetapi hanya memindahkan masalah ke lapisan di atas tumpukan.

)# Optimistic Rollup

Saat ini, sebagian besar Optimistic rollup bersifat terpusat ###, beberapa bahkan hanya memiliki satu sequencer ###, yang mengakibatkan masalah seperti kurangnya keamanan, terisolasi satu sama lain, dan waktu tunda yang tinggi ( yang harus menunggu periode bukti penipuan, biasanya beberapa hari ).

(# ZK Rollup

Implementasi ZK rollup terbatas oleh jumlah data yang dapat diproses per transaksi. Permintaan komputasi untuk menghasilkan bukti nol-pengetahuan sangat tinggi, dan mekanisme "pemenang mengambil semua" cenderung menyebabkan sentralisasi sistem. Untuk memastikan TPS, ZK rollup sering membatasi jumlah transaksi per batch, yang dapat menyebabkan kemacetan jaringan dan kenaikan gas saat permintaan tinggi, mempengaruhi pengalaman pengguna.

Dibandingkan, biaya ZK rollup yang Turing lengkap adalah sekitar 2x10^6 kali dari protokol keamanan ekonomi inti Polkadot.

Selain itu, masalah ketersediaan data ZK rollup juga akan memperburuk kelemahannya. Untuk memastikan bahwa siapa pun dapat memverifikasi transaksi, data transaksi lengkap tetap perlu disediakan. Ini biasanya bergantung pada solusi ketersediaan data tambahan, yang semakin meningkatkan biaya dan biaya pengguna.

Kesimpulan

Akhir dari skalabilitas, seharusnya bukan kompromi.

Dibandingkan dengan blockchain publik lainnya, Polkadot tidak memilih jalan untuk mengganti kinerja dengan sentralisasi, atau mengganti efisiensi dengan kepercayaan yang telah ditetapkan, melainkan mencapai keseimbangan multidimensi antara keamanan, desentralisasi, dan kinerja tinggi melalui desain protokol yang elastis, tanpa izin, lapisan keamanan yang bersatu, dan mekanisme manajemen sumber daya yang fleksibel.

Dalam mengejar penerapan skala yang lebih besar saat ini, "ekstensibilitas tanpa kepercayaan" yang dipegang Polkadot mungkin adalah solusi yang benar-benar dapat mendukung pengembangan jangka panjang Web3.